一、1.5μm波段基于级联二阶非线性的铌酸锂光波导全光波长变换的理论分析（论文文献综述）
程书停[1]（2021）在《铌酸锂薄膜二阶非线性光波导的设计与制备研究》文中进行了进一步梳理铌酸锂晶体是一种具有较大的二阶非线性系数的光学材料,且具有低损耗透明窗口宽、物理和化学性质稳定等优点。此外,由于铌酸锂是一种铁电体材料,通过高电压进行周期性极化反转后,能够采用准相位匹配技术补偿非线性过程中的相位失配,使得铌酸锂成为研究二阶非线性效应的热门材料。不足的是,传统钛扩散或质子交换技术制作的铌酸锂波导的相对折射率差较小,使得光场的限制不足,因而非线性耦合效率不高,需要通过增大相互作用长度来弥补,如此导致制作的光学器件尺寸偏大,难以实现大规模的集成。铌酸锂薄膜材料的问世及其波导制备技术的日益成熟,成功地解决了传统的铌酸锂晶圆所面临的问题。基于铌酸锂薄膜的光波导具有有截面积小,相对折射率差大,限光能力强等诸多优点,使用这种新型的薄膜材料制作的光波导器件,能大幅地提高非线性耦合效率。但是,在铌酸锂薄膜光波导的制作、高质量的周期性极化反转以及二阶非线性效应的应用等方面还存在亟需解决的工作。本文针对铌酸锂薄膜这一可集成化的二阶非线性材料,开展了二阶非线性效应的研究,主要工作内容如下:1.周期性极化铌酸锂薄膜光波导的二阶非线性耦合模理论介绍了铌酸锂的二阶非线性效应,以微扰理论对周期性极化铌酸锂薄膜光波导的耦合模方程进行了分析,重点对倍频效应、和频效应和差频效应进行了介绍。2.铌酸锂薄膜光波导结构和极化电极结构的设计通过有效折射率法和有限元法对铌酸锂薄膜脊形波导的模式进行计算和分析,得到了倍频效应中倍频光TE0模式和泵浦光TE0模式的有效折射率。在准相位匹配条件下,得到了栅状电极的周期,并分析了波导参数对电极周期和归一化转换效率的影响。最后对电极的电场分布进行了仿真,确定了极化电源的参数。3.器件的制作和测试器件的制作分为三部分:第一步,通过质子交换和感应耦合等离子体刻蚀得到脊形光波导。第二步,蒸镀铝电极。第三步,在高压短脉冲下进行极化反转工作。制作完成后,对器件进行了通光测试和光谱测试。4.一种新颖的基于周期性极化铌酸锂薄膜光波导的滤波器利用器件的和频效应,提出了一种陷波滤波器。仿真分析了其可调谐性和多信道滤波的特性。从仿真可知,通过对泵浦光波长的控制可实现滤波中心波长的调谐,滤波的信道数由输入泵浦光个数决定。也分析了各个物理量对滤波器的消光比和3 dB带宽的影响。
汪伟[2]（2020）在《中红外波段高速空间激光通信技术研究》文中指出空间激光通信相对于传统的微波通信,具有传输速率高、保密性好,抗电磁干扰能力强、设备体积小、重量轻、功耗低等优势,在火星对地、月球对地等深空高速数据传输以及星间、星地等近地高速数据传输等方面具有广阔应用前景。目前空间激光通信常用波长是近红外波段（0.8μm、1.064μm和1.55μm）。基于近红外波段的空间激光通信技术发展臻于成熟,并逐步走向航天、航空、航海工程应用。中红外波段（3μm～5μm）相对于近红外波段,具有大气衰减小,抗大气湍流强等优势,可有效提升火星对地、月球对地、近地卫星对地等激光通信链路的可用度,近年来受到广泛关注。本文面向空间信息网络高速数据传输需求,开展中红外波段（3μm～5μm）高速空间激光通信技术研究。主要完成了以下研究工作:一、利用非线性晶体中的光学差频产生效应（DFG）,提出了基于宽范围全光波长变换的中红外高速光信号产生方法,完成了中红外高速光信号产生装置的方案设计,开展了近红外高速激光信号产生、近红外到中红外宽范围全光波长转换的理论分析和数值模拟。研究结果表明,基于宽范围全光波长变换的中红外高速光信号产生速率可达10Gbps量级,相对于传统的量子级联激光器直接调制方案,提升了一个量级。二、理论研究了大气湍流对中红外波段、近红外波段激光传输特性影响,利用数值模拟方法,分析光强闪烁和光束抖动效应对星地激光通信上下行链路误码率的影响,并进行了中红外波段、近红外波段激光传输特性影响的外场实验。数值模拟和实验结果均表明,波长越长,抗大气湍流能力越强,系统误码率越低,中红外波段激光相对于近红外波段具有明显优势。三、利用非线性晶体中的光学差频产生效应（DFG）,提出了基于宽范围全光波长变换的中红外高速光信号接收方法,完成了中红外高速光信号接收装置的方案设计,开展了中红外到近红外宽范围全光波长转换、近红外高速激光信号接收的理论分析和数值模拟。研究结果表明,基于宽范围全光波长变换的中红外高速光信号接收速率可达10Gbps量级,相对于传统的中红外探测器直接探测方案,提升了一个量级。四、开展了基于宽范围全光波长变换的中红外波段高速空间激光通信实验研究。首先进行了速率10Gbps差分相位键控（DPSK）中红外高速激光通信实验研究。基于掺氧化镁周期性极化铌酸锂（Mg O:PPLN）晶体中的光学差频产生效应（DFG）,实现了1550nm近红外DPSK调制高速光信号和3594nm中红外高速光信号的互转换,并进行了自由空间传输实验和性能测试。结果表明,在误码率10-6条件下,相对于背靠背传输,功率损耗增加3.5d B。然后开展了5Gbaud（10Gbps）正交相位键控（QPSK）中红外高速激光通信实验研究。实现了1550nm近红外QPSK调制高速光信号和3594nm中红外高速光信号的互转换,以及自由空间传输实验和性能测试。结果表明,在误码率10-6条件下,相对于背靠背传输,功率损耗小于2.6d B。
唐隆煌[3]（2020）在《高性能太赫兹波参量辐射源及其应用的研究》文中进行了进一步梳理太赫兹波由于其独特的电磁频谱特性,在生物医学诊断、通信及雷达探测等领域具有重要的研究价值和应用前景。高性能太赫兹波辐射源是太赫兹波应用的关键技术基础,而太赫兹波参量辐射源由于兼具宽频率调谐范围和高功率单色太赫兹波输出,且拥有体积小、结构紧凑和室温工作等优点,是目前太赫兹波辐射源的重要研究方向之一。本文围绕太赫兹波参量辐射源的频率连续可调谐和输出能量特性等关键问题,对非线性晶体中基于受激电磁耦子散射（SPS）的宽带相位匹配及高增益泵浦技术进行了理论和实验研究,实现了宽调谐范围、高能量的高性能太赫兹辐射源,并应用于雷达散射特性表征。主要工作内容和创新点如下:1、研究了基于铌酸锂晶体的宽带高能量太赫兹参量产生技术。理论分析不同化学计量比铌酸锂晶体的介电、拉曼特性对基于SPS的太赫兹波频率调谐范围和转换效率的影响,实验设计循环泵浦技术,提高太赫兹波转换效率;与传统同成分铌酸锂（CLN）晶体相比,近化学计量比铌酸锂（SLN）晶体将太赫兹频率调谐上限从3THz扩展至4.64THz,并在1.6THz处提高太赫兹波能量2.75倍。2、研究了基于多模SPS的可调谐双色太赫兹波参量产生技术。理论分析了多模SPS中泵浦波长对双色太赫兹波相位匹配调谐及增益特性的影响,实验上利用双波长激光泵浦磷酸钛氧钾（KTP）晶体,通过同时激发不同A1振动模的SPS实现双色太赫兹波输出,其频率调谐范围为3.15-11.63THz和1.47-6.03THz,且双色太赫兹波之间输出能量比例任意可调。3、研究了基于相干SPS的太赫兹波参量产生技术。理论分析了非线性极化率共振增强效应对太赫兹波产生过程中参量效应和级联SPS效应的影响;实验上利用脉冲种子光注入技术,基于SLN晶体实现类光子区相干SPS,在1.04-5.15THz范围内获得3d B带宽提升2.6倍的高增益太赫兹波辐射;并基于KTP晶体实现类声子区增益补偿,获得2.96-6.48THz范围内的太赫兹波连续调谐输出,在3.3THz处输出能量提高6.84倍。4、实验研究了典型目标体在太赫兹频段的雷达散射截面特性。利用自行研发的脉冲种子注入式太赫兹波参量辐射源搭建了信噪比为17d B的近场太赫兹雷达散射截面测量系统,获得典型目标体在3.3THz和5.0THz处的雷达散射截面,结果表明相较于3.3THz处,5.0THz处的RCS值提高了3-7d Bsm。
程曦[4]（2019）在《基于信号光简并的双波长中红外光学参量振荡器研究》文中进行了进一步梳理3～5μm的中红外光源位于重要的大气传输窗口波段,许多原子和分子的吸收峰也在此波段,因而在很多领域都有着极其重要的应用前景。光学参量振荡器具有体积紧凑、结构简单、调谐性好等诸多优点,是实现中红外激光输出的重要手段。本论文通过信号光简并技术实现了高效率、低阈值、大跨度的多波长中红外PPLN OPO,大幅降低了光学参量下转换技术所需功率水平。同时,结合波矢匹配条件下的内腔差频技术,实现了多种特殊近红外光源的中红外参量下转换,为搭建中红外特种光源探索了一条全新的途径。论文的主要工作包含以下内容:一、研究了信号光简并条件下的多波长PPLN OPO的相关理论。利用二阶非线性光学过程中的三波耦合方程组,通过Matlab数值仿真软件,建立信号光简并条件下双波长光学参量振荡器的基本模型,并计算了小信号近似条件下泵浦条件、晶体温度、晶体周期等对多参量过程中参量增益及信号光耦合区间的影响,为信号光简并过程提供理论指导,并对双波长光学参量振荡器的转换效率和阈值条件进行了初步的仿真模拟。二、开展了基于信号光简并下的双波长PPLN OPO的实验研究利用并联注入的结构,实现了1018 nm和1080 nm双波长光纤激光器泵浦中红外PPLN OPO。首次观测到近简并处两束信号光产生耦合的中心波长跳变现象。通过晶体周期调谐的方式,实现了信号光简并条件下的双波长中红外输出,获得了中红外波长跨度为662 nm（3117 nm和3779 nm）的闲频光输出。在信号光简并的条件下,将1018 nm和1080 nm的双波长光纤激光器产生OPO过程的泵浦阈值分别降到1.38 W和266 m W。实验发现双波长泵浦产生OPO时,闲频光的总功率高于分别单独泵浦产生的闲频光功率之和。通过晶体温度调谐的方式,实现了低阈值、高效率的双波长中红外激光输出。三、研究了基于光纤拉曼效应实现信号光简并及小信号条件下双波长PPLN OPO通过晶体温度调谐的方式,首次实现了双波长拉曼光纤激光泵浦的信号光简并可调谐双波长中红外OPO。信号光的变换范围1607～1626 nm,闲频光范围3081～3583 nm,获得的双波长OPO总输出功率大于6.8 W。首次开展了小信号增益条件下,基于光纤受激拉曼效应实现双波长中红外OPO的实验。实验证实,在小信号增益条件下,当两个光参量过程无法同时达到OPO过程的起振条件时,工作在简并点且满足波矢匹配条件的参量下转换过程,其光-光转换效率远远高于传统差频激光器的转换效率。四、实验研究了低功率特殊光源中红外参量下转换。提出了基于波矢匹配的内腔差频结构实现低功率参量下转换方案,并采用多种特殊光源进行了验证。实现了1120 nm低功率脉冲光纤激光器的中红外频率变换。通过温度调谐的方式,使得OPO和DFG两个参量过程均能满足相位匹配条件。实现了1120 nm泵浦光和腔内高强度信号光之间的高效率差频。实验证实了,通过波矢匹配条件下的内腔差频结构,3593 nm的闲频光时域特性能够与1120 nm的泵浦光时域特性保持一致,实现了时域保形的参量下转换中红外激光输出。同时,在整个参量下转换过程中,DFG过程的斜率效率和泵浦光-闲频光转换效率均达到20%。实现了低功率条件下1064 nm单频光纤激光器的中红外频率变换,获得了高效率的中红外激光输出。实现了低功率条件下的宽谱光源的中红外频率变换,初步验证了光谱信息调制光源的参量下转换。
梅嘉林[5]（2019）在《基于非线性光学差频技术的小型化高重频太赫兹源研究》文中指出太赫兹波在光谱检测与医学成像等领域具有重要应用价值。小型化高重频太赫兹源能够缩减仪器设备的体积和成本,方便操作,且具有高平均功率及高采样速率等优势,是目前太赫兹源研究的重要方向之一。非线性光学差频技术具有成本低、装置简单、调谐范围宽、无阈值和室温运转等特点,是实现小型化高重频太赫兹源的重要途径。本文围绕这一课题开展研究工作,主要工作内容和创新点如下:1、基于端面泵浦的内腔光学参量振荡器,以Nd:YVO4和Nd:YLF作为激光介质,利用KTP和PPLN晶体进行实验,获得了最高4.15W的2μm双波长输出,脉冲重复频率25k Hz左右,波长调谐范围1.92-2.38μm,光光转换效率达22.5%,是已报道同类激光系统的最好结果。将上述双波长激光在QPM-GaAs与Ga Se晶体内差频,实现了最高功率1.8μW,调谐范围0.24-3.78THz的太赫兹波输出,整个系统长度在180mm以内,并成功用于材料光谱分析与多光谱成像。2、设计了以GaAs为主要材料的混合脊型波导,采用2μm与10μm双波长激光器作为泵浦源,理论计算了差频产生太赫兹波的输出特性。通过改变波导的结构参数,太赫兹波可在1.59-2.66THz内实现单色调谐输出,最高的输出功率56.16μW,转换效率5.62×10-5W-1,比传统块状晶体差频的转换效率提高了近两个数量级。波导结构可应用于集成光学系统,设计更为灵活,是实现小型化差频太赫兹源的理想选择。3、通过对量子阱材料进行合理的设计,在中红外双波长量子级联激光器中引入了能够实现差频的能级结构,有源层分别采用束缚态到连续态跃迁结构与双上能级结构,利用外腔双光栅调谐与切伦科夫辐射等技术,实现了重复频率30k Hz,峰值功率65.2μW的太赫兹波输出,调谐范围为2.25-4.5THz。内腔差频太赫兹量子级联激光器能够室温工作,可为集成化系统提供小型的高重频太赫兹源。
孙剑[6]（2019）在《高速光纤通信系统中全光信号处理技术的研究》文中提出随着信息时代到来,虚拟现实、物联网、高清视频直播等技术和业务深入人们的日常生活和工作,光纤通信系统时刻面对着巨大的带宽需求。研究人员通过提高单通道速率、优化频谱效率以及开发新的复用维度等方法不断增加系统容量,总结近30年来OFC会议上Post Deadline文章,可以发现实验室中的光纤通信系统容量平均每四年提高10倍。使用多种技术相结合的方式可以非常有效地提高通信系统容量,但也将同时大幅增加网络节点复杂度,进而对光信号处理能力提出更高的要求,如高质量光信号源生成、多路信号同时处理、对信号波长和带宽透明、降低节点复杂度等。能够应对复杂网络环境并且低成本的光信号处理技术将成为能否将实验室中的超大容量系统成功商用化的关键因素。本文结合参与课题内容,对正常色散区超连续谱生成机理、光时分复用（Optical Time Division Multiplexing,OTDM）分插复用器、全光波长转换、宽度调谐脉冲生成以及全光相关器等这些光信号处理相关技术进行理论和实验研究,得到一些有益的结论和成果,主要的创新点和研究成果如下:（1）理论研究了脉冲在高非线性光纤（Highly Non-linear Fiber,HNLF）正常色散区超连续谱演化过程中的光谱收缩现象。在正常色散区,脉冲光谱存在能量由两侧波长向内侧转移的机制,这种机制主要由四波混频（Four Wave Mixing,FWM）过程中的能量回传和群速度色散（Group Velocity Dispersion,GVD）导致的走离效应共同作用引起,出现在光波分裂（Optical Wave Breaking,OWB）现象发生之后,其发生的传输距离与脉冲峰值功率和光纤色散成反比。另外受激拉曼散射（Stimulated Raman Scattering,SRS）和交叉相位调制（Cross-Phase Modulation,XPM）效应对光谱收缩现象具有不同影响,表现为:当脉冲内同一时刻重叠的频率分量间隔达到拉曼增益范围时,在SRS的作用下短波长分量会将能量转移给长波长分量,导致短波长分量收缩速度快于长波长分量;XPM在脉冲前后沿表现为不同特性,分别体现为红移和蓝移,这会导致两侧光谱收缩不同步。（2）理论研究了 HNLF正常色散区脉冲前后沿尾部非频移部分演化过程。SRS加速了前沿非频移部分的能量减弱过程,减缓了后沿非频移分量能量减弱过程,三阶色散和自陡峭效应虽然可以导致光谱不对称展宽,但对于尾部非频移分量影响较小;XPM对非频移部分影响表现为脉冲不同频率分量在前后沿重合时,能量较强的部分对能量较弱的非频移部分进行相位调制,最先在靠近脉冲中心的位置发生,前沿的非频移部分出现红移,而后沿部分出现蓝移,传输过程中非频移部分一直受到XPM作用,红移部分持续红移,蓝移部分持续蓝移,波长逐渐靠近前后沿频移部分。（3）分别基于XPM和自相位调制（Self-Phase Modulation,SPM）效应提出了双向使用高非线性光纤结构的全光分插复用和波长转换方案,并进行了实验验证,相比于已有的方案,文中提出方案在仅使用一段HNLF的条件下实现了同时对两路OTDM信号分别进行处理,减少了使用器件数量,简化了系统结构,进行了 2*80 Gbit/s OTDM信号分插复用实验以及50 Gbit/s和20 Gbit/s信号同时波长转换实验,实验结果表明提出的结构都实现了信号无误码接收,具有良好的信号处理能力。（4）分别基于铌酸锂调制器的偏振特性和行波特性提出了两种宽度可调谐脉冲生成方案,并进行了理论分析和实验验证。相比于现有方案,提出的方案在仅采用一个单驱动强度调制器情况下实现了脉冲占空比21%-50%范围内连续可调,简化了系统结构。利用提出的宽度可调谐脉冲生成结构分别进行了 40Gb/s OTDM信号解复用和80 Gb/s OTDM信号100 km传输解复用实验,都实现了实现了无误码接收,实验表明提出的结构具备对高速光信号处理的能力。（5）提出了一种基于多模光纤中模式色散的全光相关器。理论和实验研究证明短脉冲光以不同角度从不同位置注入到多模光纤中可以激励起离散的模式群,这些模式群因模式色散在光纤输出端会形成特有的脉冲响应,依此可以建立空间到时间的一一对应关系。搭建了基于模式色散的全光相关器实验结构,完成了对8-bit码元的全光检测实验。另外当相关器脉冲响应为矩形时,提出的结构可以用于实现全光积分,并进行了实验验证。
王宇恒[7]（2019）在《基于Nd:MgO:PPLN中红外自光参量振荡器研究》文中研究表明3-5μm中红外波段处于大气主要透射窗口,在光谱探测、环境监测、医疗诊断以及光电对抗等军民领域具有广泛的应用前景。基于准相位匹配技术的光学参量振荡器（QPM-OPO,Quasi-Phase Matching Optical Parametric Oscillator）具有转换效率高、调谐方式灵活的突出优势,是获得高效可调谐中红外激光的有效方法之一。随着中红外OPO技术发展,整机体积庞大,结构复杂等问题随之而来,极大限制了其拓展应用。对比传统中红外OPO技术,基于Nd3+掺杂MgO:PPLN晶体中红外自光参量振荡技术的提出,实现了增益单元与中红外变频单元的有机融合,形成了一种获取中红外激光的全新技术方法。本论文以该方法为切入点,从Nd3+掺杂MgO:LN基质晶体的激光特性及其准相位匹配理论入手,分析了高功率泵浦热效应对自变频过程的影响,建立了内腔自OPO复合谐振模型,并对其动力学过程进行了研究。通过实验验证了其技术可行性,基于Nd:MgO:PPLN晶体自OPO首次获得了3.8μm中红外激光输出,最高输出平均功率达到瓦级水平。具体开展的研究工作及取得的主要研究成果如下:从Nd:MgO:LN基质晶体激光特性入手,分析了Nd:MgO:LN晶体色散特性,结合激光振荡能级理论,研究了Nd:MgO:LN晶体输出1084 nm、1093 nm基频正交偏振双波长激光形成成因及其调控方法,基于Nd:MgO:LN基质晶体的准相位匹配理论,完成了中红外变频极化结构设计。构建了高功率泵浦Nd:MgO:PPLN晶体的热场模型,数值模拟了不同泵浦结构、不同泵浦功率及不同泵浦光斑组合变量下的晶体温升、热应力、热焦距等变化关系,分析了Nd3+离子掺杂强泵浦下热效应对参量光波长、下转换效率等变频参量的影响,并以此为基础,建立了内腔复合谐振自光参量振荡物理模型,优化设计了复合谐振腔腔长、腔镜曲率、光斑匹配交叠位置等结构参数。构建了基于Nd:MgO:PPLN晶体的自OPO复合谐振动力学模型,模拟分析了自OPO三波耦合过程光子流变化,并进一步研究了自OPO的下转换效率、最佳阈值倍数等提高变频效率的关键优化参量,在此基础上通过引入初始微扰项、泵浦项、调Q动态损耗等参数,建立了内腔复合谐振自OPO主、被动调Q速率方程,数值模拟了自OPO调Q运转下脉冲输出形态。实验方面,通过优化谐振腔热稳区管控基频光波长与偏振态,实现了自OPO腔内单一波长、高光束质量、偏振匹配基频光运转,双端40 W泵浦条件下,获得了最高平均功率13 W,光束质量因子Mx2=1.53,My2=1.55的1084 nm基频激光输出,并在此基础上分别开展了被动与声光调Q运转下自OPO中红外激光实验。依据理论推演,通过优化阈值、谐振参量光透过率,提高了中红外参量光的下转换变频效率并有效抑制了能量逆转换,在声光调Q重频60 kHz、双端40 W泵浦下,实现了最高平均功率1.12 W,脉冲宽度7.5 ns的3.82μm中红外激光输出,光-光转换效率为2.8%。
刘时杰[8]（2019）在《集成铌酸锂光学微盘腔的制备及其非线性光学效应研究》文中研究表明回音壁模式（WGM）微腔受益于其超高的品质（Q）因子和超小模式体积（V）,可以显着增强光与物质之间的相互作用。这一特点使其在基础物理研究和实际应用中都非常重要。近年来,回音壁模式微腔已经在非线性光学、光学传感、光腔力学和腔量子电动力学等领域得到广泛应用与发展。因其光增强特性非常适合非线性光学的研究,因此开辟了一条在低泵浦光功率下研究非线性特性的新路径。基于回音壁模式微腔的非线性研究热点包括一些基本非线性效应如普克尔（Pockels）效应和克尔（Kerr）效应,此外还有谐波产生、四波混频效应和受激光学散射等。此外,还能通过级联非线性效应产生更为多样和复杂的非线性过程。铌酸锂晶体是最优秀的非线性光学材料之一,它具有二阶非线性系数大、透明窗宽和折射率相对高的特点。铌酸锂薄膜技术的发展更是使其在集成光学领域有了非常大的潜力。近年来,基于铌酸锂薄膜（LNOI）的研究已经成为一个新热点,核心的刻蚀工艺趋于成熟。基于LNOI集成WGM微腔的基本非线性过程研究例如二次谐波、和频和参量下转换已经被报道。在采用级联多次非线性和电光调制后,可以实现三次谐波、四波混频和克尔光频梳等。虽然干法刻蚀工艺已经被有所突破,但是各类工艺都有其特点和适用范围。本文章基于铌酸锂薄膜工艺展开工作,研究了包括聚焦离子束（FIB）刻蚀和反应离子刻蚀（RIE）等工艺。聚焦离子束刻蚀方法优点在于可以图案化直写,通过聚焦离子束刻蚀我们得到了较高品质因子（105）的铌酸锂微盘。大面积制备光子器件则需要使用电子束曝光制备掩模,再用反应离子刻蚀进行整体刻蚀。我们用反应离子刻蚀制备了光栅、波导和微环。在制备的铌酸锂微盘中,我们在实验上得到了高效二次谐波、级联三次谐波和级联四波混频效应。在通讯波段,仅用几毫瓦的泵浦功率就可以得到可见光范围内高效的二次谐波。在增加泵浦功率后我们通过级联非线性过程实现了三次谐波。当使用双泵浦源时,通过二次谐波和差频效应的级联过程,实现了等效的四波混频效应。级联过程有效地弥补了三阶非线性系数小的不足。等效的四波混频效应还可以用在光参量放大中。通过这些非线性过程,更为深刻地验证了腔内相位匹配条件和模式耦合问题。我们的研究大大丰富了集成铌酸锂芯片上的频率转换的方式。除此之外,我们还制备了双盘铌酸锂微盘,这种微盘可以激发外部回音壁模式。这种波导槽模式的模式能量主要限制在微盘之外,可以实现与周围环境的大模式面积重叠以及表面上强大的电场和光场梯度力。我们制备的外部回音壁模式具有超过105的高品质因子,且没有金属损耗。我们相信,这种结构的铌酸锂双盘腔有望在光学传感、表面光学非线性和光腔力学等各种应用中受到高度青睐。
黄新宁[9]（2019）在《非线性光学参量效应在空间激光通信网络中的应用研究》文中研究指明随着空间探索范围的扩大以及对地观测手段的增加,各种飞行器获取和需要传输的信息容量急剧增加,空间激光通信因其传输带宽大、抗电磁干扰能力强、无需申请频谱资源牌照等优势而成为近年来空间信息传输的研究热点。虽然已有多项空间激光通信在轨试验成功演示,但大气信道条件随机性对空间激光通信系统性能的劣化仍然是需要重点克服的技术难点。非线性光学参量效应能够产生新频率成分,且具有响应时间短、调制格式透明和数据速率透明等优点,是超高速激光数据全光处理的有效技术途径。本论文主要针对非线性光学参量效应在空间激光通信网络中的应用展开研究,取得的主要成果包括:1、分析了二阶、三阶非线性光学参量过程的物理实现。针对二阶参量差频效应（DFG）可实现跨波段波长转换这一特点,研究了其在实现空间中红外波段高速激光通信系统中的应用,分析了在周期性极化铌酸锂晶体（PPLN）中以较高效率产生DFG效应时的准相位匹配要求;针对三阶参量四波混频效应（FWM）的超快响应以及数据速率和调制格式透明物理特点,讨论了其在空间激光通信网络节点处的全光信息处理应用;重点针对FWM的相位匹配条件以及偏振敏感特性进行了分析;理论分析了简并四波混频（D-FWM）和非简并四波混频（ND-FWM）条件下偏振不敏感的实现方案,并给出了相应的仿真分析结果。本部分研究成果为后面实验系统的实现提供了理论基础。2、提出了基于DFG效应的跨波段、大范围光波长参量变换实现高速中红外（35μm）激光信号的产生与接收之技术思路,并成功搭建了高速中红外激光信号产生以及接收实验系统。中红外波段大气窗口在大气信道传输中具有优异的抗干扰性能,但受限于激光器、调制器、探测器等核心器件的成熟度,无法直接产生、且无法直接接收数十Gbps的高速中红外激光信号,使其在空间激光通信领域的实际应用性大打折扣。本文提出利用PPLN中的DFG效应在发射端将高速近红外波段信号搬移至中红外（1.55μm→3.6μm）,经过大气传输后在接收端再利用DFG效应将中红外信号搬移至近红外（3.6μm→1.55μm）。实验中实现了10Gbps、OOK与DPSK兼容的高速中红外激光信号发射与接收,且中红外波长可在较宽范围内调谐。这一系统充分利用了近红外波段（1.55μm）的器件成熟度以及中红外波段优良的大气传输性能,能够极大改善大气信道条件随机变化对空间激光通信系统性能的影响。3、提出了基于波长地址的空间激光通信网络全光交换技术思路。分析了空间激光通信网络的特点以及对节点处交换功能的要求,指出波长地址交换应用于空间网络节点极具优势;开展了基于FWM效应的空间节点波长地址交换实验研究,并对交换节点的通信制式/数据速率透明性、链路偏振无关性以及引入的信噪比损耗等重点性能进行了实验分析;实验结果表明基于FWM效应可实现C波段（1535nm-1567nm）范围内、兼容OOK、BPSK、QPSK的波长地址全光交换,且交换节点对上述通信制式引入的接收灵敏度损耗均小于1dB,信号随机偏振变化的敏感性小于0.6dB;随后基于实验研究基础研制了波长变换原理样机,并对其核心器件进行了初步环境适应性测试,为该技术的后续工程化转化提供参考。4、提出了基于FWM效应实现空间激光通信网络节点处的全光信息处理。仿真分析和实验研究了OOK和DPSK通信制式在空间激光通信网络节点处的放大-转发全光中继处理方式,中继节点引入的接收灵敏度损耗分别为OOK小于1.5dB和DPSK接近10dB,指出相位调制通信制式的节点处全光中继需采用全光再生中继方式,主要基于FWM的相位敏感放大过程实现;同时提出基于D-FWM过程的相位擦除效应可以实现不同网络之间的数据交换以及大气信道劣化条件下的降速率传输,实现了接收灵敏度损耗小于1dB的QPSK至BPSK制式转换,可有效保障空间激光网络的链路通畅性。
葛励成[10]（2019）在《基于铌酸锂薄膜的微纳光子器件研究》文中进行了进一步梳理传统的以电子为媒介的芯片系统将人们带入了信息与互联网的时代,数十年蓬勃的发展过后,一方面随着摩尔定律与香农定律逐渐逼近极限,信息载体的存储密度与运算速度的提升愈发困难。另一方面,随着物联网与5G的新纪元崭露头角,人们对信号的传播、调制、探测各方面都提出更高的要求。光子,相比于电子有更快的响应速度,在信息传输方面有大容量、低串扰的优势。随着微纳加工技术的不断进步,以光子为媒介的集成光学芯片逐渐从理论走向实践,硅基的光子学芯片技术已经较为成熟,并逐渐出现在大规模的商用舞台。铌酸锂被誉为“光学中的硅”。它对光有声、光、电、热各个方面的响应,是一种优秀的光学芯片基底材料。随着铌酸锂薄膜的出现,将光场束缚在亚微米尺度的结构中成为可能,引发了铌酸锂领域的一场革命。本文中,我们首先对铌酸锂各方面的性质进行简要介绍,然后重点回顾基于铌酸锂薄膜上主要的微纳器件及其制备方法。现有的半导体加工技术在铌酸锂的图形化、刻蚀、金属薄膜等方面已经有了重要进展,为以后直接制备铌酸锂基集成光学芯片打下坚实的工艺基础。飞秒激光因为具有极高的峰值功率,极小的热影响区域,是精密加工的一种重要手段。而波导和微腔是光芯片中的重要构件,在第二章中我们利用飞秒激光在体介质铌酸锂中加工了II型波导,并利用飞秒激光与聚焦离子束相结合的方法制备了品质因子高达105的铌酸锂和钽酸锂光学微腔。我们还利用飞秒激光诱导的“光致退火”效应进一步修复制备过程中损伤的铌酸锂晶格,使得微腔的品质因子得到一个数量级的提升。非线性模块也是集成光学芯片的重要组成部分。本文第四章总结了集成波导和微腔中的非线性相位匹配方式。铌酸锂波导中主要通过周期性调制非线性极化率或者光强实现准相位匹配,从而得到高效的倍频输出。而铌酸锂微腔由于其本身对光场有很强的增益,相位匹配条件相对宽松,可以通过自然相位匹配或者循环相位匹配实现非线性过程。实验上,我们在铌酸锂微盘腔中实现了效率约为2.36×10-6/mW的倍频输出,在钽酸锂微盘腔中得到了效率约为1.22×10-6/mW的倍频输出。不同结构、不同材料相互结合,各取所长发挥自身优势也是集成光学芯片的重要研究部分。非线性过程另一个重要的考虑因素是带宽。宽带的非线性过程在超短脉冲频率转换、波分复用系统甚至未来的量子通讯网络中都有重要的应用。在第五章,我们理论分析了实现宽带频率转换需要同时满足相位匹配和群速度匹配,通过将周期性极化的铌酸锂制作成亚微米结构的薄膜,引入波导色散调控,使其在满足相位匹配的同时可以满足群速度匹配,理论上给出了倍频中心波长和薄膜厚度的对应关系。实验上,我们制备了周期20μm,厚度700nm的周期性极化铌酸锂薄膜,利用五阶相位匹配和群速度匹配,在通讯波段得到了带宽15nm左右的倍频输出。
二、1.5μm波段基于级联二阶非线性的铌酸锂光波导全光波长变换的理论分析（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、1.5μm波段基于级联二阶非线性的铌酸锂光波导全光波长变换的理论分析（论文提纲范文）
（1）铌酸锂薄膜二阶非线性光波导的设计与制备研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 铌酸锂光波导二阶非线性效应研究历史与现状 |
| 1.3 铌酸锂薄膜光波导二阶非线性效应的研究现状 |
| 1.4 本论文的结构安排 |
| 第二章 PPLN薄膜光波导的基本原理 |
| 2.1 非线性极化响应 |
| 2.2 二阶非线性极化 |
| 2.3 二阶非线性耦合模理论 |
| 2.3.1 相位失配 |
| 2.3.2 准相位匹配 |
| 2.3.2.1 倍频效应 |
| 2.3.2.2 和频效应 |
| 2.3.2.3 差频效应 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 PPLN薄膜光波导的设计与仿真 |
| 3.1 器件结构 |
| 3.2 铌酸锂薄膜光波导的分析与设计 |
| 3.2.1 有效折射率法分析波导模式 |
| 3.2.2 有限元法分析波导模式 |
| 3.3 器件结构参数的设计及仿真 |
| 3.3.1 反转周期的设计 |
| 3.3.2 波导参数的影响 |
| 3.3.3 极化电极的设计 |
| 3.4 器件参数汇总 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 PPLN薄膜光波导的制作与测量 |
| 4.1 掩膜版的制作 |
| 4.2 器件制作过程 |
| 4.2.1 波导制作过程 |
| 4.2.2 电极制作过程 |
| 4.3 极化反转 |
| 4.4 器件测量 |
| 4.4.1 通光测试 |
| 4.4.2 倍频效应测试 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 基于PPLN薄膜光波导的滤波器 |
| 5.1 单信道可调谐陷波滤波器 |
| 5.2 多信道可调谐陷波滤波器 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 全文总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（2）中红外波段高速空间激光通信技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 空间激光通信国内外研究现状 |
| 1.2.1 空间激光通信国外研究现状 |
| 1.2.2 空间激光通信国内研究现状 |
| 1.2.3 空间激光通信国内外研究现状小结 |
| 1.3 空间激光通信发展面临的主要挑战 |
| 1.4 本文主要工作内容 |
| 第2章 中红外高速激光信号产生技术研究 |
| 2.1 中红外高速激光信号产生技术方案对比分析 |
| 2.2 近红外高速激光信号产生技术研究 |
| 2.2.1 激光器 |
| 2.2.2 光调制器 |
| 2.2.3 高功率光放大器 |
| 2.3 宽范围全光波长转换理论和数值模拟 |
| 2.4 小结 |
| 第3章 中红外波段激光大气传输理论和实验研究 |
| 3.1 大气衰减理论 |
| 3.2 大气湍流理论与数值模拟 |
| 3.2.1 大气湍流分布 |
| 3.2.2 光波模型 |
| 3.2.3 大气湍流对中红外波段星-地激光通信下行链路影响 |
| 3.2.4 大气湍流对中红外波段星-地激光通信上行链路影响 |
| 3.3 大气湍流效应对中红外波段激光影响实验研究 |
| 3.3.1 实验方案 |
| 3.3.2 实验结果与分析 |
| 3.3.3 实验总结及讨论 |
| 3.4 小结 |
| 第4章 中红外波段高速激光信号接收技术研究 |
| 4.1 中红外高速激光信号接收技术对比分析 |
| 4.2 基于宽范围全光波长变换的中红外激光信号接收技术研究 |
| 4.3 近红外高速激光信号接收技术研究 |
| 4.3.1 极弱光信号放大技术研究 |
| 4.3.2 高速光信号探测技术研究 |
| 4.3.3 高速光信号模拟相干探测仿真分析 |
| 4.3.4 高速光信号自差延迟相干探测技术研究 |
| 4.4 小结 |
| 第5章 中红外波段高速空间激光通信实验研究 |
| 5.1 基于宽范围全光波长变换的中红外高速激光通信实验系统 |
| 5.1.1 中红外通信发射机 |
| 5.1.2 中红外通信接收机 |
| 5.2 基于宽范围全光波长变换的中红外高速激光通信实验研究 |
| 5.2.1 10Gbps DPSK中红外高速激光通信实验研究 |
| 5.2.2 5Gbaud QPSK中红外高速激光通信实验研究 |
| 5.3 小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 本文的主要工作机及创新点总结 |
| 6.2 下一步工作展望 |
| 参考文献 |
| 附录A 符号与缩略语 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（3）高性能太赫兹波参量辐射源及其应用的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 太赫兹波的基本性质与应用 |
| 1.2 太赫兹辐射源现状 |
| 1.3 太赫兹波参量辐射源研究进展及现状分析 |
| 1.4 本文的主要内容 |
| 第2章 基于受激电磁耦子散射的太赫兹波参量产生的理论研究 |
| 2.1 电磁波与长波光学晶格振动模的耦合作用 |
| 2.1.1 各向同性介质中的电磁波传播特性 |
| 2.1.2 电磁波与长波光学晶格振动模的相互作用 |
| 2.1.3 电磁耦子的介电特性 |
| 2.1.4 电磁耦子的本征能量特性 |
| 2.2 基于受激电磁耦子散射的太赫兹波参量产生过程动力学分析 |
| 2.2.1 耦合波方程理论模型推导 |
| 2.2.2 数值计算及结果分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 基于近化学计量比铌酸锂晶体的太赫兹波参量振荡器的研究 |
| 3.1 SLN晶体的光学特性 |
| 3.2 SLN晶体在太赫兹波段的色散、吸收及相位匹配条件研究 |
| 3.3 基于SLN晶体的宽带高能量太赫兹波参量振荡器的实验研究 |
| 3.3.1 实验装置 |
| 3.3.2 实验结果及分析 |
| 3.4 基于循环泵浦技术的高效率太赫兹波参量振荡器的实验研究 |
| 3.4.1 实验装置 |
| 3.4.2 实验结果及分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于KTP晶体的可调谐双色太赫兹波参量振荡器的研究 |
| 4.1 KTP晶体的光学特性 |
| 4.2 KTP晶体在太赫兹波段的色散、吸收及相位匹配条件研究 |
| 4.3 基于KTP晶体的可调谐双色太赫兹波参量振荡器的实验研究 |
| 4.3.1 实验装置 |
| 4.3.2 实验结果及分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 基于相干受激电磁耦子散射的太赫兹波参量产生的理论研究 |
| 5.1 非线性极化率的共振增强效应 |
| 5.2 相干受激拉曼散射基本原理 |
| 5.3 基于相干受激电磁耦子散射的太赫兹波参量产生过程动力学分析 |
| 5.3.1 耦合波方程理论模型 |
| 5.3.2 数值计算及结果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 基于相干受激电磁耦子散射的太赫兹波参量产生技术的实验研究 |
| 6.1 基于SLN晶体的脉冲种子注入式太赫兹波参量产生器的实验研究 |
| 6.1.1 实验装置 |
| 6.1.2 实验结果及分析 |
| 6.2 基于KTP晶体的脉冲种子注入式太赫兹波参量产生器的实验研究 |
| 6.2.1 实验装置 |
| 6.2.2 实验结果及分析 |
| 6.3 本章小结 |
| 第7章 太赫兹频段典型目标体的雷达散射截面测量研究 |
| 7.1 太赫兹频段目标散射特性实验研究现状 |
| 7.2 太赫兹频段典型目标体雷达散射截面的理论分析 |
| 7.3 典型目标体的雷达散射截面测量实验研究 |
| 7.3.1 实验装置 |
| 7.3.2 太赫兹高频段典型目标体雷达散射截面测量 |
| 7.4 本章小结 |
| 第8章 总结与展望 |
| 8.1 论文研究内容总结 |
| 8.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 致谢 |
（4）基于信号光简并的双波长中红外光学参量振荡器研究（论文提纲范文）
| 缩略语 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.1.1 中红外激光简述 |
| 1.1.2 光学参量振荡器 |
| 1.2 光纤激光器与非线性晶体的结合 |
| 1.2.1 PPLN非线性晶体的优势 |
| 1.2.2 光纤激光泵浦产生OPO的优势 |
| 1.3 多波段中红外光参量振荡器的研究现状 |
| 1.3.1 特殊非线性晶体实现多波长中红外光学参量振荡器 |
| 1.3.2 多波长泵浦源实现多波长中红外光学参量振荡器 |
| 1.4 信号光简并实现多波长光学参量振荡器的研究现状 |
| 1.5 论文研究内容与结构安排 |
| 第二章 信号光简并多波长光学参量振荡器理论研究 |
| 2.1 光学参量振荡器的基本原理与理论体系 |
| 2.1.1 光参量振荡器的基本原理 |
| 2.1.2 准相位匹配技术 |
| 2.1.3 多参量过程的基本理论研究 |
| 2.2 双波长OPO增益损耗特性理论研究 |
| 2.2.1 通过温度调谐实现双波长光学参量振荡过程的增益特性研究 |
| 2.2.2 通过周期调谐实现双波长光学参量振荡过程的增益特性研究 |
| 2.3 双波长OPO阈值和转换效率理论研究 |
| 2.3.1 双参量独立振荡过程的阈值及转换效率特性分析 |
| 2.3.2 内腔差频过程的阈值及转换效率特性分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于信号光简并下的双波长PPLN OPO的实验研究 |
| 3.1 利用晶体周期调谐实现简并双波长中红外参量下转换 |
| 3.1.1 实验装置及实验方法 |
| 3.1.2 实验结果与分析 |
| 3.1.2.1 双波长泵浦源 |
| 3.1.2.2 信号光简并现象 |
| 3.1.2.3 参量增益的提高 |
| 3.1.2.4 OPO阈值的降低 |
| 3.2 低功率条件下简并双波长中红外参量下转换 |
| 3.2.2 实验装置及实验方法 |
| 3.2.3 实验结果与分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 基于受激拉曼效应的双波长信号光简并OPO |
| 4.1 基于光纤受激拉曼效应的简并双波长中红外PPLN OPO |
| 4.1.1 实验装置及实验方法 |
| 4.1.2 实验结果与分析 |
| 4.1.2.1 拉曼双波长泵浦源 |
| 4.1.2.2 温度调谐实现信号光简并 |
| 4.2 基于光纤受激拉曼效应实现的低功率高效率内腔式差频 |
| 4.2.1 实验结构 |
| 4.2.2 实验结果与分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 基于内腔式差频实现特殊光源的低功率高效频率下转换 |
| 5.1 基于内腔差频结构实现双波长中红外参量下转换 |
| 5.2 基于内腔差频结构实现低功率脉冲光源中红外参量下转换 |
| 5.2.1 实现低功率脉冲源中红外参量下转换的实验装置及实验方法 |
| 5.2.2 低功率脉冲源中红外参量下转换的实验结果与分析 |
| 5.2.2.1 功率及单脉冲能量测试 |
| 5.2.2.2 时域脉冲信号测试 |
| 5.3 基于内腔差频结构实现低功率单频光源中红外参量下转换 |
| 5.3.1 低功率单频光源泵浦实现PPLN OPO实验装置及实验方法 |
| 5.3.2 泵浦源测试 |
| 5.3.3 实验结果与分析 |
| 5.3.4 线宽分析与效率提升 |
| 5.4 基于内腔差频实现低功率宽带光源中红外参量下转换 |
| 5.4.1 宽带相位匹配ASE泵浦源测试 |
| 5.4.2 宽带相位匹配实现中红外参量下转换 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 主要研究工作与相关成果 |
| 6.2 论文主要创新点 |
| 6.3 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（5）基于非线性光学差频技术的小型化高重频太赫兹源研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 综述 |
| 1.1 太赫兹技术概述 |
| 1.1.1 太赫兹波的主要应用 |
| 1.1.2 太赫兹波的产生方法 |
| 1.2 光泵浦差频产生太赫兹波的研究概况 |
| 1.2.1 双波长激光源的分类与现状 |
| 1.2.2 差频材料的研究现状 |
| 1.2.3 差频太赫兹源的研究现状 |
| 1.3 2μm光学参量振荡器的研究概况 |
| 1.3.1 2μm激光的概述 |
| 1.3.2 高重频2μm双波长OPO用于差频的优势 |
| 1.3.3 2μm光学参量振荡器的发展现状 |
| 1.4 内腔差频太赫兹量子级联激光器的发展现状 |
| 1.5 论文的主要工作 |
| 1.5.1 论文的选题背景 |
| 1.5.2 论文的框架与主要内容 |
| 第2章 高效率高重频2μm双波长差频激光源的研究 |
| 2.1 内腔泵浦OPO的理论研究 |
| 2.1.1 增益介质与非线性晶体的选择 |
| 2.1.2 实验装置 |
| 2.1.3 谐振腔结构的设计与分析 |
| 2.2 声光调Q2μm双波长KTP OPO的研究 |
| 2.2.1 声光调Q Nd:YVO_4激光器的输出特性 |
| 2.2.2 声光调Q Nd:YVO_4/KTP OPO的实验研究 |
| 2.3 声光调Q2μm双波长PPLN OPO的研究 |
| 2.3.1 Ⅱ类相位匹配PPLN OPO的设计与相关计算 |
| 2.3.2 声光调Q Nd:YVO_4/PPLN OPO的实验研究 |
| 2.4 被动调Q2μm双波长PPLN OPO的研究 |
| 2.4.1 实验装置 |
| 2.4.2 被动调Q Nd:YVO_4/PPLN OPO的实验研究 |
| 2.4.3 被动调Q Nd:YLF/PPLN OPO的实验研究 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于2μm OPO差频的小型化高重频太赫兹源的研究 |
| 3.1 QPM-GaAs差频产生太赫兹波的研究 |
| 3.1.1 QPM-GaAs晶体及实验装置 |
| 3.1.2 差频产生太赫兹波的实验结果与分析 |
| 3.2 Ga Se差频产生宽调谐太赫兹波的实验研究 |
| 3.2.1 Ga Se晶体的性质 |
| 3.2.2 KTP OPO差频产生太赫兹波的实验结果与分析 |
| 3.2.3 PPLN OPO差频产生太赫兹波的实验结果与分析 |
| 3.3 差频太赫兹源在光谱分析与成像的应用研究 |
| 3.3.1 聚乙烯材料的光谱测量 |
| 3.3.2 多光谱成像结果与分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于GaAs脊型波导差频的小型化太赫兹源研究 |
| 4.1 波导结构差频的优势 |
| 4.2 波导有效折射率的计算 |
| 4.2.1 有效折射率法 |
| 4.2.2 有效折射率法的基本理论 |
| 4.3 GaAs脊型波导差频产生太赫兹波的理论计算 |
| 4.3.1 脊型波导的设计 |
| 4.3.2 2μm激光泵浦差频产生太赫兹波的结果与分析 |
| 4.3.3 10μm激光泵浦差频产生太赫兹波的结果与分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 高重频内腔差频太赫兹量子级联激光器的研究 |
| 5.1 内腔差频太赫兹QCL的基本原理 |
| 5.1.1 QCL的基本原理 |
| 5.1.2 Ⅲ-Ⅴ族半导体异质结的能级分布 |
| 5.1.3 光学增益和阈值电流密度 |
| 5.1.4 非线性极化率与差频转换效率 |
| 5.1.5 基于切伦科夫辐射耦合输出的基本原理 |
| 5.2 内腔差频太赫兹QCL的制备 |
| 5.2.1 内腔差频太赫兹QCL的有源层 |
| 5.2.2 内腔差频太赫兹QCL的制作过程 |
| 5.3 内腔差频太赫兹QCL的实验研究 |
| 5.3.1 实验装置 |
| 5.3.2 BTC-QCL双波长的输出特性 |
| 5.3.3 BTC-QCL差频产生太赫兹波的实验结果与分析 |
| 5.3.4 DAU-QCL双波长的输出特性 |
| 5.3.5 DAU-QCL差频产生太赫兹波的实验结果与分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 致谢 |
（6）高速光纤通信系统中全光信号处理技术的研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 正常色散区超连续谱生成理论研究进展 |
| 1.3 OTDM分插复用和全光波长转换技术 |
| 1.3.1 OTDM分插复用技术研究现状 |
| 1.3.2 全光波长转换技术 |
| 1.4 光脉冲生成技术 |
| 1.5 全光相关技术 |
| 1.6 全文安排 |
| 2 正常色散区超连续谱演化的研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 超连续谱基础理伦和数值计算方法 |
| 2.2.1 广义非线性薛定谔方程 |
| 2.2.2 噪声和相干度模型 |
| 2.2.3 数值计算方法 |
| 2.3 皮秒脉冲正常色散区超连续谱生成机理 |
| 2.4 HNLF正常色散区超连续谱光谱收缩现象的研究 |
| 2.5 HNLF正常色散区脉冲尾部非频移部分演化的研究 |
| 2.5.1 拉曼散射和三阶色散对脉冲尾部非频移分量影响 |
| 2.5.2 XPM对脉冲尾部非频移分量的影响 |
| 2.5.3 啁啾脉冲尾部非频移分量在HNLF正常色散区演化的研究 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 OTDM分插复用器和全光波长转换的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于XPM效应的分插复用和基于SPM的波长转换原理 |
| 3.2.1 基于XPM效应的分插复用器原理 |
| 3.2.2 基于SPM的全光波长转换原理 |
| 3.3 双向使用HNLF的全光信号处理 |
| 3.4 双向使用HNLF的全光分插复用器 |
| 3.5 双向使用HNLF的全光波长转换 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 基于铌酸锂马赫曾德尔调制器的宽度可调谐脉冲生成研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 铌酸锂马赫曾德尔调制器原理 |
| 4.3 基于MZM偏振特性的脉冲宽度调谐 |
| 4.3.1 仿真分析 |
| 4.3.2 实验验证 |
| 4.4 基于Sagnac环和调制器生成宽度可调谐脉冲 |
| 4.4.1 基本原理 |
| 4.4.2 仿真分析和实验验证 |
| 4.4.3 80 Gb/s OTDM信号100 km传输解复用实验 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 基于模式色散的全光相关器 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基础理论 |
| 5.2.1 模式理论 |
| 5.2.2 模式色散 |
| 5.2.3 模式激励 |
| 5.2.4 模式耦合 |
| 5.3 基于模式色散的全光相关器 |
| 5.3.1 工作原理 |
| 5.3.2 实验验证 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 下一步要展开的工作 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（7）基于Nd:MgO:PPLN中红外自光参量振荡器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 光谱分析 |
| 1.1.2 医疗诊断 |
| 1.1.3 光电对抗 |
| 1.2 3-5μm中红外激光器国内外研究现状 |
| 1.2.1 ZGP-OPO国内外研究现状 |
| 1.2.2 MgO:PPLN-OPO国内外研究现状 |
| 1.2.3 直接泵浦固体中红外激光器国内外研究现状 |
| 1.3 基于Nd:Mg O:PPLN自OPO国内外研究进展 |
| 1.4 中红外激光技术体制对比分析 |
| 1.5 本论文主要研究内容 |
| 第2章 Nd掺杂MgO:LN晶体的激光特性及其准相位匹配理论分析 |
| 2.1 Nd:MgO:LN晶体物化特性 |
| 2.2 Nd:MgO:LN晶体偏振吸收发射特性 |
| 2.3 Nd:MgO:LN晶体色散特性 |
| 2.4 Nd:MgO:LN晶体能级跃迁理论分析 |
| 2.5 基于Nd:MgO:LN晶体的准相位匹配理论分析 |
| 2.5.1 准相位匹配原理 |
| 2.5.2 准相位匹配技术特点 |
| 2.5.3 准相位匹配允许参量分析 |
| 2.5.4 基于Nd:Mg O:LN晶体的中红外变频极化结构设计 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 Nd:MgO:PPLN热效应分析及自OPO复合谐振腔设计 |
| 3.1 Nd:MgO:PPLN晶体热效应理论分析 |
| 3.1.1 Nd:MgO:PPLN晶体热源函数的建立 |
| 3.1.2 Nd:MgO:PPLN晶体热应力分析 |
| 3.1.3 Nd:MgO:PPLN晶体热焦距分析 |
| 3.2 Nd:MgO:PPLN热效应对自OPO的影响分析 |
| 3.2.1 热效应对基频光输出波长的影响 |
| 3.2.2 热膨胀对Nd:Mg O:PPLN晶体的极化周期影响 |
| 3.2.3 热效应对自OPO参量光波长的影响 |
| 3.3 基于Nd:Mg O:PPLN晶体的自OPO复合谐振腔设计 |
| 3.3.1 单端泵浦Nd:Mg O:PPLN-自OPO谐振腔设计 |
| 3.3.2 双端泵浦Nd:Mg O:PPLN-自OPO谐振腔设计 |
| 3.3.3 双端泵浦自OPO复合谐振腔三波模式匹配的分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于Nd:MgO:PPLN的复合谐振自OPO动力学过程研究 |
| 4.1 多模泵浦内腔复合谐振自OPO动力学物理模型构建 |
| 4.2 连续波内腔复合谐振自OPO稳态功率特性研究 |
| 4.3 内腔复合谐振自OPO稳态时逆转换效应的影响因素分析 |
| 4.4 内腔复合谐振自OPO稳态的逆转换效应 |
| 4.5 晶体热效应对内腔复合谐振自OPO动力学模型的修正 |
| 4.6 内腔复合谐振自OPO速率方程 |
| 4.6.1 内腔复合谐振自OPO主动调Q速率方程的建立 |
| 4.6.2 内腔复合谐振自OPO主动调Q速率方程的数值仿真 |
| 4.6.3 内腔复合谐振自OPO被动调Q速率方程 |
| 4.6.4 内腔复合谐振自OPO被动调Q速率方程仿真 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 基于Nd:MgO:PPLN的中红外自OPO实验研究 |
| 5.1 基于Nd:Mg O:PPLN基频光实验研究 |
| 5.1.1 单端泵浦Nd:Mg O:PPN基频输出波长控制实验研究 |
| 5.1.2 双端泵浦Nd:Mg O:PPLN基频光连续实验研究 |
| 5.1.3 双端泵浦Nd:Mg O:PPLN基频光被动调Q实验研究 |
| 5.1.4 双端泵浦Nd:Mg O:PPLN基频光声光调Q实验研究 |
| 5.2 基于Nd:Mg O:PPLN晶体的双端泵浦中红外自OPO实验研究 |
| 5.2.1 双端泵浦被动调Q中红外自OPO实验研究 |
| 5.2.2 双端泵浦声光调Q高重频中红外自OPO实验研究 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 论文创新点 |
| 6.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（8）集成铌酸锂光学微盘腔的制备及其非线性光学效应研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 回音壁模式光学微腔 |
| 1.1.1 回音壁模式微腔简介 |
| 1.1.2 回音壁模式微腔理论基础 |
| 1.1.3 光学品质因子和模式体积 |
| 1.1.4 微腔的耦合 |
| 1.1.5 回音壁模式微腔的应用 |
| 1.2 回音壁模式微腔的中非线性光学简介 |
| 1.2.1 回音壁模式微腔中的二阶非线性效应 |
| 1.2.2 克尔效应(Kerr effect) |
| 1.2.3 受激拉曼散射/受激布里渊散射 |
| 1.2.4 热光效应(Thermo-optical effect) |
| 1.3 论文研究内容和创新点总结 |
| 第二章 铌酸锂集成光子器件简介 |
| 2.1 铌酸锂晶体 |
| 2.1.1 铌酸锂晶体简介 |
| 2.1.2 铌酸锂晶体的物理性质 |
| 2.1.3 铌酸锂晶体中的二阶非线性效应 |
| 2.1.4 铌酸锂晶体中的相位匹配方式 |
| 2.2 铌酸锂薄膜简介 |
| 2.3 基于铌酸锂薄膜的集成光学 |
| 2.3.1 光波导 |
| 2.3.2 光接口 |
| 2.3.3 电光调制器 |
| 2.3.4 非线性光学元件 |
| 2.3.5 光学谐振腔 |
| 2.3.6 其他重要的光学集成元器件 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 铌酸锂薄膜微纳加工技术以及工艺 |
| 3.1 聚焦离子束(FIB)刻蚀 |
| 3.2 电子束曝光系统-RIE/ICP工艺 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 基于LNOI微腔的二阶非线性研究 |
| 4.1 铌酸锂微腔的简介 |
| 4.2 光学微腔的耦合方式 |
| 4.3 铌酸锂微腔中的色散管理与二次谐波 |
| 4.3.1 直径26μm厚度500nm铌酸锂微盘 |
| 4.3.2 直径50μm厚度300nm铌酸锂微盘 |
| 4.3.3 辅助光增强倍频效应 |
| 4.4 铌酸锂微腔中的和频 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 基于LNOI微腔的级联非线性 |
| 5.1 级联非线性简介 |
| 5.2 回音壁模式微腔中的级联非线性 |
| 5.3 集成铌酸锂微腔中的级联 |
| 5.3.1 集成铌酸锂微盘的和频 |
| 5.3.2 集成铌酸锂微盘的差频 |
| 5.4 级联非线性理论 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 双盘铌酸锂微腔中的高Q外部回音壁模式 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 双盘铌酸锂微腔的制备 |
| 6.3 高Q外部回音壁模式的理论和实验论证 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 工作总结 |
| 7.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 博士期间的研究成果 |
（9）非线性光学参量效应在空间激光通信网络中的应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 空间激光通信系统的特点 |
| 1.2 空间激光通信的组成 |
| 1.3 空间激光通信研究现状 |
| 1.4 非线性光学参量效应 |
| 1.5 论文的内容安排 |
| 第二章 非线性光学参量效应理论分析 |
| 2.1 二阶参量效应的理论研究 |
| 2.2 三阶参量效应的理论研究 |
| 2.3 本章总结 |
| 第三章 基于二阶参量效应的高速中红外空间激光通信系统 |
| 3.1 中红外空间激光通信系统概述 |
| 3.2 高速中红外空间激光通信方案 |
| 3.3 高速中红外激光信号产生方法 |
| 3.4 高速中红外激光信号接收方法 |
| 3.5高速中红外空间激光通信实验 |
| 3.6 本章总结 |
| 第四章 空间激光网络中波长地址交换 |
| 4.1 空间激光网络概述 |
| 4.2 一体化空间全光网络 |
| 4.3 基于波长地址的全光交换 |
| 4.4 本章总结 |
| 第五章 空间信息网络全光处理技术 |
| 5.1 全光中继技术研究 |
| 5.2 全光制式转换技术研究 |
| 5.3 本章总结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文的主要研究成果及创新 |
| 6.2 对未来工作的展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（10）基于铌酸锂薄膜的微纳光子器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 铌酸锂晶体简介 |
| 1.2 铌酸锂薄膜的研究进展和应用 |
| 1.2.1 铌酸锂薄膜的结构和制备方法 |
| 1.2.2 基于铌酸锂薄膜的微纳器件 |
| 1.2.3 铌酸锂基的集成光学芯片 |
| 1.3 论文研究内容和创新点 |
| 第二章 飞秒激光直写铌酸锂波导和微腔 |
| 2.1 飞秒激光加工透明介质的原理 |
| 2.2 飞秒激光加工平台 |
| 2.3 飞秒激光直写光波导 |
| 2.4 飞秒激光直写铌酸锂微腔 |
| 2.5 飞秒激光直写钽酸锂微腔 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 飞秒激光提高光学微腔品质因子 |
| 3.1 光学微腔简介 |
| 3.1.1 回音壁光学模式 |
| 3.1.2 回音壁微腔中的光学模式 |
| 3.1.3 回音壁微腔的基本参数 |
| 3.2 微腔光场耦合方案 |
| 3.2.1 倏逝波耦合理论 |
| 3.2.2 拉锥光纤的制备 |
| 3.3 飞秒激光提高微腔品质因子 |
| 3.3.1 提高微腔品质因子的方法 |
| 3.3.2 利用飞秒激光提高微腔品质因子 |
| 3.3.3 飞秒激光与微腔作用过程中的模式演化 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 光学芯片中的非线性频率转换器件 |
| 4.1 频率转换和相位匹配 |
| 4.1.1 二阶非线性频率转换 |
| 4.1.2 相位匹配方式 |
| 4.2 光学芯片中的非线性器件 |
| 4.2.1 波导中的频率转换 |
| 4.2.2 微腔中的频率转换 |
| 4.3 铌酸锂和钽酸锂微腔中的频率转换 |
| 4.3.1 铌酸锂微盘中的倍频实验与结果分析 |
| 4.3.2 钽酸锂微盘中的倍频实验与结果分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于周期性极化铌酸锂薄膜的宽带倍频研究 |
| 5.1 宽带频率转换 |
| 5.1.1 群速度匹配 |
| 5.1.2 周期性极化铌酸锂中的宽带倍频 |
| 5.2 基于周期性极化铌酸锂薄膜的宽带倍频 |
| 5.2.1 周期性极化铌酸锂薄膜中宽带倍频的理论分析 |
| 5.2.2 周期性极化铌酸锂薄膜的制备 |
| 5.2.3 周期性极化铌酸锂薄膜中的宽带倍频实验 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术成果 |
四、1.5μm波段基于级联二阶非线性的铌酸锂光波导全光波长变换的理论分析（论文参考文献）
- [1]铌酸锂薄膜二阶非线性光波导的设计与制备研究[D]. 程书停. 电子科技大学, 2021(01)
- [2]中红外波段高速空间激光通信技术研究[D]. 汪伟. 中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所), 2020(06)
- [3]高性能太赫兹波参量辐射源及其应用的研究[D]. 唐隆煌. 天津大学, 2020(01)
- [4]基于信号光简并的双波长中红外光学参量振荡器研究[D]. 程曦. 国防科技大学, 2019(01)
- [5]基于非线性光学差频技术的小型化高重频太赫兹源研究[D]. 梅嘉林. 天津大学, 2019(01)
- [6]高速光纤通信系统中全光信号处理技术的研究[D]. 孙剑. 北京交通大学, 2019(01)
- [7]基于Nd:MgO:PPLN中红外自光参量振荡器研究[D]. 王宇恒. 长春理工大学, 2019(02)
- [8]集成铌酸锂光学微盘腔的制备及其非线性光学效应研究[D]. 刘时杰. 上海交通大学, 2019(06)
- [9]非线性光学参量效应在空间激光通信网络中的应用研究[D]. 黄新宁. 中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所), 2019(05)
- [10]基于铌酸锂薄膜的微纳光子器件研究[D]. 葛励成. 上海交通大学, 2019(06)